Abschätzung der Gefährdung des Waldes durch flüchtige organische Luftverunreinigungen

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1 Abschätzung der Gefährdung des Waldes durch flüchtige organische Luftverunreinigungen Stefan Smidt Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft Tagung Immissionsschutz des Waldes in Österreich, , Mariabrunn

2 Flüchtige organ. Komponenten Kohlenwasserstoffe Ethen (reaktiv) Halogen-KW (oft wenig reaktiv = persistent) Formaldehyd Peroxyacetylnitrat (PAN)

3 Mensch und Natur als Quellen

4 Quellen Verbrennungen Mikroben Chemische Reaktionen Verdunstung

5 Anthropogene Quellen Kleinverbrauch Verkehr (NMHC) Kraftwerke Raffinerien, Industrie, Gewerbe Landwirtschaft, Biomasseverbrennung Methan, niedermolekulare Kohlenwasserstoffe (Dioxine)

6 Natürliche Quellen Mikroben Böden, Sümpfe (Methan, Ethen, CH 3 SH) Widerkäuer, Insekten (Methan) Meer (Methan, CH 3 Cl) Waldbrände (auch Dioxine) Vegetation (Terpenoide)

7 Photochemische Bildung CO OH NO 2 hν CO 2 VOC O 3 VOC OH 2 NO

8 Allgemeine Relevanz der VOCs Hohe Emissionsraten große Zahl von reaktiven Komponenten persistenten / akkumulierenden Komponenten ubiquitäres Vorkommen Pflanzenschäden sind bekannt

9 Chemisch-physikalische Eigenschaften PAN Polarität PER DDT FCKW PCB CH 4 VOC P A H PCDD/F Flüchtigkeit

10 Toxikologische Eigenschaften Direkt oder indirekt humantoxisch pflanzenschädigend

11 Die global emittierten Mengen übersteigen jene des N und des S

12 Globale VOC-Emissionen (Mio Tonnen p.a.) Isopren ) Monoterpene ) NMHC 96 2) Halogen-KW 5 3) Methan (95+% biogen) 1) Fehsenfeldt et al ) Warneck ) Midgley 1992 natürlich anthropogen

13 Pflanzen emittieren Ozonvorläufer

14 Globale Ozonbildung (Mio t/a) Primäres CO 1600 (40%) Methan 1500 (38%) NMVOC 500 (13%) Isopren/Terpene 400 (10%) Summe 4000 Möller, 2003

15 Globale VOC-Trends Methan FCKW + 0,8-1,0 % p.a % p.a.

16 VOC-Emissionen in Österreich (2005) t NMHC/a (v.a. KFZ) t Methan/a (v.a. LW) derzeit ca. 1,5x so hoch wie NOx 6x so hoch wie SO 2

17 Organische Komponenten haben direkte negative Wirkungen

18 PAN (CH 3 COO 2 NO 2 ) sekundärer Smogbestandteil hochreaktives Oxidationsmittel (SH, C=C) Lebensdauer 1-50 Stunden Radikalbildner Konzentrationen: << 1ppb (Reinluft) / < 10 (Ballungsräume)

19 PAN entsteht aus Acetaldehyd, O 2, NO 2 und OH* CH 3 CHO + O 2 + NO 2 + OH* CH 3 COO 2 NO 2

20 Ozon- und PAN-Symptome Ozon PAN

21 PAN - Symptome dunkle Sprenkelung an der Blattunterseite Chlorosen, Silberblättrigkeit, Purpurverfärbung der Blattoberfläche Interkostalnekrosen, vorzeitige Alterung

22 PAN Symptome an Petunie

23 PAN Symptome an Tabak

24 Ethen (C 2 H 4 ) In der Luft reaktiv Smogbestandteil Reinluft: wenige ppb Ballungsräume: > 100ppb möglich

25 Ethen - Schädigungen Bildung in der Pflanze bei Stress Chlorosen, Nekrosen Einrollen der Blätter Hemmung des Zell-Längenwachstums Erhöhte Sensitivität gg. Ozon Erhöhung der Peroxidaseaktivität

26 Ethen - Epinastie an Tomate

27 Ethen - Epinastie an Rose Blätter wachsen nach unten

28 Ethen - Hormonwirkung Beschleunigung der Alterung Verstärkter Blattfall beschleunigter Fruchtfall

29 Ethen ÖAW-Grenzwert 9 ppb = 10 µg/m 3 (Jahresmittel) 50 ppb (1h) / 10 ppb (8h) Abeles & Heggestad (1973)

30 Formaldehyd (HCHO) In der Luft reaktiv Smogbestandteil Reinluft: wenige ppb Ballungsräume: > 10 ppb

31 Formaldehyd Chlorosen u.a. Blattschäden Interkostalnekrosen Blattrandnekrosen

32 Formaldehyd ÖAW-Grenzwert 16 ppb = 20 µg/m 3 (Jahresmittel)

33 Chlorkohlenwasserstoffe Lipophil, nicht brennbar vielfach (sehr) langlebig TETRA: 80 Jahre 1,1,1-Trichlorethan: 2,5 Jahre 1,1,2-Trichlorethen: 5 Tage Konzentrationen <0,01-0,3 ppb (Wank/Bayern)

34 Chlorkohlenwasserstoffe Aufnahme via Stomata und Kutikula Pigmentzerstörung Beeinträchtigung der Photosynthese Nadelabfall UV-Strahlung verstärkt die Wirkung

35 Trichloressigsäure ältestes Forst-Herbizid stark sauer, akkumulierend Produkt von C 2 -CKW Membran- und Wachszerstörung Schwächung des antioxidativen Systems Vergilbung (Chlorophyllzerstörung)

36 Organische Komponenten haben vor allem indirekte negative Wirkungen

37 Methan Globale Emission: Mio t p.a. Quellen: anaerobe Gärung, Deponien, Termiten, Verbrennungen an der Photochemie beteiligt reagiert mit OH* zu Ozon Konzentration: 1,5 ppm, zunehmend

38 Methan Globaler Trend

39 Methan Absorbiert IR-Strahlung (Treibhausgas) x so treibhauswirksam wie CO 2 nicht pflanzengiftig

40 Treibhauspotenziale Anteile an der globalen Erwärmung CO % Methan 21 19% CF 2 Cl % Ozon (trop.) % Lachgas 206 4%

41 FCKW (C x F y Cl z ) Reaktionsträge Treibhausgase (Beitrag zur globalen Erwärmung %) - indirekte Wirkung Relatives Treibhauspotenzial: ca Zerstörung der Ozonschicht

42 VOC Konzentrationen im Wald und toxische Konzentrationen (ppb) Wald toxisch Ethen Methan PAN PER TETRA < < 1 << 3 (24h) < 0, , (24h)

43 Entgiftung von CKWs Löslich-Machen Oxidasen Konjugation an Glutathion oder Zucker Inkorporation Abbau und Abtransport in die Wurzel

44 Forderung an Luftreinhaltung

45 Verbesserung der Luftqualität Göteborg-Protokoll 1999 (2005 in Kraft, Österreich unterzeichnet, aber noch nicht ratifiziert; NEC-Richtlinie [NMVOC] 2003 nationales Recht) 1990: Tonnen NMVOC 2005: Tonnen NMVOC Soll 2010: Tonnen NMVOC Quelle: Umweltbundesamt

46 Verbesserung der Luftqualität Emissionen in Österreich Komponente Dioxine 160 g 43 g HCB 92 kg 45 kg PAK 17 t 9 t NMVOC 285 t 154 t Methan 437 t 336 t Quelle: Umweltbundesamt

47 Verbesserung der Luftqualität Reduktion der Emissionen zur Minderung der Ozonbelastung Gesetzliche Grenzwerte für Ethen und Formaldehyd, basierend auf den Grenzwerten der ÖAW Monitoring

48 Schlussfolgerungen Direkte Wirkungen in Ballungsräumen Indirekte Wirkungen sind bedeutsamer (Ozonbildung, Klimaerwärmung) Emissionsreduktion Verbindliche Grenzwerte zum besseren Schutz der Vegetation Überwachung